环境管理_环境化学概述

1,环境化学,授课人： 傅绪成 ,选用教材及主要参考资料,1、选用教材： 戴树桂.环境化学.北京. 高等教育出版社.2006. 2、参考资料： 1、戴树桂.环境化学M.北京：高等教育出版社，1990，第1版. 2、环境化学教程 邓南圣 吴峰 编著 武汉大学出版社 3、王晓蓉.环境化学M.南京：南京大学出版社，1993，第1版. 4、环境化学 何燧源 金云云 何方 编著， 华东理工大学出版社 5、Manahan S E.Environmental ChemistryM.Boston：Willard Grant Press，1984. 6、冈田秀雄.小分子光化学M.长春：吉林人民出版社，1982. 7、Tyagi O D et al. Environmental ChemistryM.Anmol Publications，1990.,2,3,科学期刊,1. 中国环境科学 2. 环境科学 3. 环境化学 4. 环境科学学报 5. chemosphere 6. Environ. Sci. Technol. 7. The Science of the Total Environment 8. Water Research,4,环境化学课程内容,第一篇：绪论 第二篇：大气环境化学 第三篇：水环境化学 第四篇：土壤环境化学 第五篇：化学物质的生物效应和生态效应 第六篇：环境分析化学 第七篇：环境污染控制化学,5,环境化学、研究内容,环境化学 环境污染问题促进了环境化学研究的发展。 为了探讨环境问题，逐渐发展了新的研究方法和手段，提出了新的观点和理论，于是形成了一门新的化学分支学科-环境化学。 环境化学的发展大致可以划分为三个阶段： 孕育阶段(1970年以前) 形成阶段(70年代) 发展阶段(80年代),6,环境化学、研究内容,80年代，环境化学进入了新的发展阶段，各研究领域开始向纵深发展，出现一些新的趋势。 第一个趋势是全面开展对主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化学循环和主要循环之间的相互作用，人类活动对这些循环产生的干扰和影响，以及对这些循环有重大影响的各种因素的研究。 第二个趋势是重视化学品安全评价。,7,环境化学、研究内容,第三个趋势是80年代出现的全球变化研究，涉及臭氧层耗损、全球变暖、海平面上升这样一些次级环境效应或更高级环境效应的研究。 第四个趋势是污染控制化学的研究，从深入地开展管端控制的过程化学和材料化学研究以寻找更加高效的控制方法和材料，逐步转向“污染预防”概念的研究。 80年代末到90年代初，提出了“污染预防”、“清洁生产”、“零排入”等概念。,8,环境化学、研究内容,1972年R.A Honne在所著环境化学定义：“环境化学是研究岩石圈、水圈、生物圈、外层大气圈的化学组成和其中发生的过程，特别是界面上的化学组成和过程的学科”。 戴树桂等认为：“环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支”。,9,环境化学、研究内容,自然科学学科发展战略研究报告：环境化学一书提出：“环境化学是一门研究潜在有害化学物质在环境介质中的存在、行为、效应（生态效应、人体健康效应及其它环境效应）以及减少或消除其产生的科学”。,10,环境化学、研究内容,二、环境化学的研究内容 （1）查明潜在有害物质在环境介质中存在； （2）对这些潜在有害物质溯本求源，并查明它们在环境介质中和不 同环境介质之间的迁移转化和归宿(环境行为)； （3）查明这些潜在有害物质对环境(生态系统)和人体健康发生作用的途径、方式、程度和风险. （4）探索缓解或消除这些有害物质已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径。,11,环境化学、研究内容,中国环境科学研究领域: 1. 废水、废气、废弃物的处理处置 2. 重金属 3. 温室效应、酸雨和臭氧层 4. 环境优先控制污染物 5. 生态系统生物群落结构和组成 6. 环境监测 7. 环境规划与管理,12,环境化学、研究内容,8. 氟化物、臭氧、粉尘等大气污染物 9. 自然环境元素的背景值、化学组成、地球化学循环与环境变化 10. 物理干扰 11. 引进新的研究方法和技术 12. 环境经济、政策 13. 新的污染物、污染源、汽车尾气污染、人类活动对环境所造成的影响,13,环境化学、研究内容,最活跃的研究领域： 1、难降解有毒有机污染物的效应及控制治理技术 2、温室效应、酸雨和臭氧层破坏被公认为全球性环境 问 题,对此我国有责任作出我们的贡献。,14,环境化学及其研究内容,三、环境化学的学科分支 （1）环境污染化学 （2）环境分析化学 （3）污染控制化学,15,教学要求,1. 要求掌握大气的基本性质和组成，污染物的源和汇，大气中主要的气相反应和液相反应以及大气颗粒物性质等基本概念和基本原理；了解酸雨、温室效应及臭氧层破坏等全球关注的大气问题。 2. 掌握天然水体的组成和性质、溶解和沉淀、氧化和还原、配合作用及固液界面间相互作用等基本原理在环境化学中的应用；了解主要有毒难降解污染物的环境行为及归趋模式；,16,教学要求,3. 掌握土壤主要的理化性质，重金属及氮、磷营养物质在土壤环境中的迁移、积累以及有机农药等污染物在土壤中的降解途径和持留，了解环境条件变化对污染物在土壤中迁移转化的影响。 4. 掌握大气、水和土壤样品的采集方法； 5. 了解大气、水和土壤样品中重金属、有机污染物的分析方法原理。 6. 了解大气、水和土壤污染控制方法原理。,17,教学要求,7. 了解金属形态的生物有效性、污染物的微生物转化、化学物质的生物吸收和生物浓缩机理以及对人体健康的影响。 8. 了解化学物质在生物体内的转运和代谢，化学物质的联合作用以及化学物质引起致突变、致畸和致癌作用基本原理，利用有机物结构与致癌作用关系预测化学物质的致癌性等。,18,全球变暖，臭氧层破坏，物种灭绝，生物多样性减少，有毒有害化学物品污染加剧，土地沙化，飓风肆掠，使人类的生存环境受到严重的威胁。,环境及其组成,19,环 境,环境是指与体系有关的周围客观事物的总和，体系是指被研究的对象，即中心事物。包括自然环境和社会环境两大部分。 1、自然环境 自然环境是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。 “直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体”，简称为环境。,20,环 境,自然环境亦可以看作由地球环境和外围空间环境两部分组成。 2、社会环境 社会环境是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念与机构等。,21,环 境,中华人民共和国环境保护法把环境定义为：“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然保护区、风景名胜、城市和乡村等。”,22,环境的形成和发展,在地球的原始地理环境刚刚形成的时候,只有原子、分子 的化学及物理运动。 在大约35亿年前，出现了生命现象。 大约在30多亿年以前出现了原核生物。 大约在4亿2亿年前大气中氧的浓度趋近于现代的浓度水平，并在平流层形成了臭氧层。绿色植物 (自养型生物)的出现和发展繁茂，及臭氧层的形成对地球的生物进化具有重要意义。,23,环境的形成和发展,在距今2亿多年前出现爬行动物。 在距今大约200万300万年前出现了古人类。 人类是物质运动的产物，是地球的地表环境发展到一定阶段的产物，环境是人类生存与发展的物质基础，人类与其生存环境是统一的；人与动物有本质的不同，人通过自身的行为来使自然界为自己的目的服务，来支配自然界。,24,环境要素与环境质量,1、环境要素 环境要素，又称环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分，包括自然环境要素和人工环境要素。 自然环境要素通常指：水、大气、生物、阳光、岩石、土壤等。 人工环境要素包括：综合生产力、技术进步、人工产品和能量、政治体制、社会行为、宗教信仰等。,25,环境要素与环境质量,2、环境质量 环境质量指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及经济发展的适宜程度，是反映人群的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。 环境质量除了所谓的大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量、诚市环境质量之外，还有生产环境质量、文化环境质量。,26,环境问题,环境问题是指作为中心事物的人类与作为周围事物的环境之间的矛盾。 环境问题分类 按发生的机制进行分类，环境问题主要有环境破坏和环境污染与干扰两种类型。 1. 环境破坏 环境破坏又称生态破坏。主要指人类的社会活动产生的有关环境效应，导致了环境结构与功能的变化，对人类的生存与发展产生了不利影响。,27,环境问题分类,环境破坏按对象性质可分为两类： 一类是生物环境破坏. 如因过度砍伐引起的森林覆盖率锐减，因过度放牧引起草原退化，因滥肆捕杀引起许多动物物种濒临灭绝等。 另一类属非生物环境破坏。,28,环境问题分类,(2) 环境污染与干扰 环境污染 有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，便环境系统的结构与功能发生变化，对人类或其他生物的正常生存和发展产生不利影响的现象，即是环境污染，常简称“污染”。其中引起环境污染的物质或因子称环境污染物，简称污染物。 环境污染主要是指人类活动导致环境质量下降。,29,环境问题分类,环境污染类型的划分也因目的、角度不同而不同。 按污染物性质可分为生物污染、化学污染和物理污染； 按环境要素可分为大气污染、水污染、土壤污染、放射性污染等； 其它还可以按污染产生的原因、按污染范围等进行不同的分类。,30,环境问题分类,环境干扰 人类活动所排出的能量进入环境，达到一定的程度，产生对人类不良影响的现象，就是环境干扰。 环境干扰包括噪声、振动、电磁波干扰、热干扰等。 环境干扰是由能量产生的，是物理问题。 环境干扰一般是局部性的、区域性的，在环境中不会有残余物质存在，当污染源停止作用后，污染也就立即消失。因此环境干扰的治理很快，只要停止排出能量，干扰就会立即消失。,31,环境问题的产生与发展,环境的变化，包括环境要素的物理化学性质或环境结构发生不利于人群和生物的变化，并对人类的生存产生不利的影响，于是产生环境问题。 地球度过了40多亿年以后，才成为人类的摇篮，最近的数千年成为人类之家。 300万年前的第三纪。 大约距今300万年时,人类产生。,32,环境问题的产生与发展,在这一大变革时期的环境问题是气候危机，属于原生环境问题。 食物危机又迫使古人类再次改变自已的生活方式和生产方式。 距今大约8000年前，人类学会了农耕和畜牧，人类社会发展到了一个新的阶段，即由原始社会进入了农业社会。 到了工业社会，“三废”排入环境，积累到一定程度，超过环境容量，造成环境污染。,33,环境问题的产生与发展,20世纪，由于近代社会经济的高度发展，环境污染和衰退更加严重，构成了所谓社会公害，使人类的生存和发展受到更大的威胁。 世界上曾发生过八大公害事件： 1932年12月比利时马斯（Meuse）河谷烟雾事件。 1943年5月到10月美国洛杉矶光化学烟雾事件。 多诺拉烟雾事件。 伦敦烟雾事件。,34,环境问题的产生与发展, 日本四日市哮喘事件。 痛痛病事件。 水俣事件。 米糠油事件。 随着人类社会经济的发展，环境问题也在不断产生和发展。环境污染的公害事件发生频率加快。,35,环境问题的产生与发展,70年代以来，所发生的许多公害的严重程度，已远远超过了八大公害。 1984年印度博帕尔市的一家农药厂，大约有45万吨农药剧毒原料甲基异氰酸酯泄漏,发生了2500人中毒死亡，十余万居民受害的悲惨事件。 1986年前苏联切尔诺贝利核电站泄漏爆炸事件，使北欧、东欧等国大气层中放射性尘埃增高达一周之久,是世界上第一次核电站污染环境的严重事故。,36,环境问题的产生与发展, 海湾战争造成的环境污染。 我国的环境污染也相当严重。 SO2排放量 颗粒物排放量 西南地区酸雨 水污染严重,37,环境问题的产生与发展,化学品急剧增加也带来环境污染的问题。 全世界化学品的产量已从50年代的700万吨发展到80年代的2500万吨。现在国际上已登记的化学品种达800万种，而且每年还以上千种速度在发展，它们通过生产、储藏、运输、应用及最后处理进入环境。 例： 邻苯二甲酸酯（Phthalate Esters, PAEs）,38,环境问题的产生与发展,常用PAEs有17种。 目前，城市垃圾和工业废弃物中塑料及其制品的比例为10% ，PAEs（一种或多种PAEs）在塑料及其制品中占整体重量的20 50%。由于PAEs呈现游离状态，极易直接转移进入环境，而广泛存在于大气、土壤和水体中，并参与生物（包括人体）代谢作用。,39,环境问题的产生与发展,1982年，美国国家毒理规划署的实验报告，确证大白鼠和小白鼠能通过食物长期吸收邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯而引起肝癌； 1988年美国学者提出了邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）作为婴幼儿的橡皮奶头和玩具成分的综合风险评价报告。 PAEs也属环境激素类物质，可导致生物与人体的性激素分泌量及活性下降、生殖器官异常、癌症等发病率增加等 。,40,环境问题的产生与发展,环境问题已成为世界各国的主要政治问题和社会问题。 1972年联合国在瑞典首都斯德哥尔摩召开了人类环境会议。 把环境问题与社会因素联系起来。 正式组建了联合国环境规划署(UNEP)。,41,环境问题的产生与发展,20世纪80年代对环境的认识有新的突破性发展，提出持续发展战略。 20世纪90年代，巩固和发展了这种指导思想，形成当代主导的环境意识。,42,人类生存面临挑战, 人口“爆炸”是人类面临的第一个威协和挑战。 人口激增将加剧贫困和资源枯竭，贫穷和落后又加剧资源和生态破坏。 中国 中国人均资源占有量远低于世界平均水平。 “人口众多”已制约着我国社会、经济的发展 。,43,人类生存面临挑战, 大气污染日益严重是人类面临的第二个挑战。 由于工业迅速发展，排放到大气中的硫氧化物、氮氧化物等与日俱增，导致大气污染日益严重；它主要表现为酸雨、温室效应、臭氧层破坏等。 淡水危机是人类面临的第三个严重挑战。 淡水资源不足，分布又不均匀；水污染进一步加剧其紧张程度，造成淡水供需矛盾尖锐，世界范围的饮用水水荒和水污染疾病蔓延。,44,人类生存面临挑战, 自然资源破坏和生态环境继续恶化是人类面临的第四个严重挑战。 具体表现为：森林资源继续减少，覆盖率不断下降，水土流失，陆地沙漠化及物种灭绝等。 水土流失是一个全球性的问题。 自然资源破坏及生态环境恶化还表现在陆地沙漠化。 自然灾害增加，重大环境污染事故增多给人类生存和发展带来巨人威胁，这是人类面临的第五个严重挑战。,45,环境科学的研究内容和任务,环境科学的产生 环境学是主要研究环境结构与状态的运动变化规律及其与人类社会活动之间的关系，研究人类社会与环境之间协同演化、持续发展的规律和具体途径的科学。 春秋战国时代就有所谓“天人关系”的争论。 1962年，美国海洋生物学家蕾切尔卡逊（R. Carson） 出版了寂静的春天。 近代环境科学开始产生并发展起来,46,环境科学的研究内容和任务,环境学的两个重要历史阶段： 第一阶段是直接运用地学、生物学、化学、物理学、公共卫生学、工程技术科学的原理和方法，阐明环境污染的程度、危害和机理，探索相应的治理措施和方法，由此发展出环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境医学、环境工程学等一系列新的边缘性分支学科。 新阶段:即把社会与环境的直接演化作为研究对象，综合考虑人口、经济、资源与环境等主要因素的制约关系，从多层次乃至最高层次上探讨人与环境协调演化的具体途径。,47,环境科学的研究内容和任务,环境学的定义： 研究环境结构、环境状态及其运动变化规律，研究环境与人类社会活动间的关系，并在此基础上寻求正确解决环境问题，确保人类社会与环境之间演化、持续发展的具体途径的科学。,48,环境科学的研究内容和任务,二、环境学的特点 1、综合性 环境学的形成过程，特定的研究对象，以及非常广泛的学科基础和研究领域，决定了环境学是一门综合性很强的重要的新兴学科。 2、人类所处地位的特殊性 在“人类-环境”系统中，人与环境的对立统一关系具有共轭性，并呈正相关。人类对环境的作用和环境的反馈作用相互依赖、互为因果，构成一个共轭体。 3、学科形成的独特性,49,环境科学的研究内容和任务,三、环境学的研究内容及分科 1、研究的主要内容 （1）环境质量的基础理论 包括环境质量状况的综合评价，污染物质在环境中的迁移、转化、增大和消失的规律，环境自净能力的研究，环境的污染破坏对生态的影响等。 （2）环境质量的控制与防治 包括改革生产工艺，搞好综合利用，尽量减少或不产生污染物质以及净化处理技术；合理利用和保护自然资源；搞好环境区域规划和综合防治等。,50,环境科学的研究内容和任务,（3）环境监测分析技术，环境质量预报技术。 （4）环境污染与人体健康的关系，特别是环境污染所引起的致癌、 致畸和致突变的研究及防治。 2、环境科学的分科 环境学按其性质和作用划分为三部分：环境基础科学、环境技术学及环境社会学 。,51,环境科学的研究内容和任务,环境基础科学 环境生物学环境物理学环境化学环境生态学环境医学环境地学 环境生物学 研究生物与受人类干预的环境之间的相互作用机理和规律。 环境物理学 研究物理环境和人类之间的相互作用。主要研究声、光、热、电磁场和射线对人类的影响，以及消除其不良影响的技术途径和措施。 环境声学 环境光学环境热学环境电磁学环境空气动力学,52,环境科学的研究内容和任务,环境化学 运用化学的理论和方法，研究大气、水、土壤环境中潜在有害有毒化学物质含量的鉴定和测定、污染物存在形态、迁移转化规律、生态效应以及减少或消除其产生的科学。 环境分析化学 环境污染化学 污染控制化学 环境生态学 研究人为干扰下，生态系统内在的变化机理、规律和对人类的反效应，寻找受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学。 环境医学 环境流行病学、环境毒理学和环境医学监测,53,环境科学的研究内容和任务,环境地学 以人一地系统为对象，研究它的发生和发展，组成和结构，调节和控制，改造和利用。 环境技术学 环境工程学环境工效学 环境工程学 运用工程技术的原理和方法，防治环境污染，合理利用自然资源，保护和改善环境质量。包括环境污染防治工程技术、环境系统工程和环境水利工程。 环境工效学 研究环境因素与工作效率的关系。,54,环境科学的研究内容和任务,环境社会学 环境管理学环境法学环境经济学环境教育学环境教育学环境美学环境心理学 环境管理学 环境质量评价学 环境规划学 环境法学 研究关于保护自然资源和防治环境污染的立法体系、法律制度和法律措施，目的在于调整因保护环境而产生的社会关系。,55,环境科学的研究内容和任务,环境经济学 运用经济科学和环境科学的原理和方法，分析经济发展和环境保护的矛盾，以及经济再生产、人口再生产和自然再生产三者之间的关系，选择经济、合理的物质变换方式，以便用最小的劳动消耗为人类创造清洁、舒适、优美的生活和工作环境。 环境教育学 以跨学科培训为特征，以唤起受教育者的环境意识，理解人类与环境的相关关系，发展解决环境问题的技能，树立正确的环境价值观和态度的一门教育科学。,56,环境科学的研究内容和任务,环境伦理学 从伦理和哲学的角度研究人类与环境的关系，是人类对待环境的思维和行为的准绳。 环境美学 研究审美立体、环境意识、环境道德以及技术美的设计，从而达到美感、审美享受的要求，便社会物质不断发展。 环境心理学 研究从心理学角度保持符合人们心愿的环境的一门科学。,57,环境科学的研究内容和任务,1、探索全球范围内自然环境演化的规律 了解和掌握环境的变化过程，包括环境系统的基本特征、结构和组成，以及演化的机理等。 2、探索全球范围内人与环境的相互依存关系 探索人与生物圈的相互依存关系 3、协调人类的生产、消费活动同生态要求之间的关系 环境与发展问题已成为当前世界各国关注的焦点，协调发展论、持续发展的理论，从总体上协调人与环境的关系，已成为环境学研究的重大课题。,58,环境科学的研究内容和任务,4、探索区域污染综合防治的途径 运用工程技术及管理措施(法律、经济、教育及行政手段)，从区域环境的整体上调节控制“人类-环境”系统，利用系统分析及系统工程的方法，寻求解决区域环境问题的最优方案。 一是综合分析自然生态系统的状况、调节能力，以及人类对自然生态系统的改造和所采取的技术措施。 二是综合考虑各经济部门之间的联系，探索物质、能量在其间的流动过程和规律，寻求合理的结构和布局，寻求对资源的最佳利用方案。 三是以生态理论为指导研究制定区域(或国家)的环境经济规划。,59,环境污染物,一、环境污染物的类别 环境污染物是环境化学研究的对象 环境污染物按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等。 按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物。 按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。,60,环境污染物,人类社会不同功能产生的污染物 工业： 工业生产对环境造成污染主要是由于对自然资源的过量开采，造成多种化学元素在生态系统中的超量循环；能源和水资源的消耗与利用；生产过程中产生的“三废”。 农业： 农业对环境产生污染主要是由于使用农药、化肥、农业机械等工业品，农业本身造成的水土流失和农业废弃物。农家肥料中常含有细菌和微生物。,61,环境污染物,交通运输： 污染主要是噪声、汽油(柴油)等燃料燃烧产物的排放和有毒有害物的泄漏、清洗、扬尘和污水等。 生活： 生活活动也能产生物理的、化学的和生物的污染，排放“三废”。 化学污染物 (1)元素 (2)无机物 (3)有机化合物和烃类 (4)金属有机和准金属有机化合物,62,环境污染物,(5)含氧有机化合物 (6)有机氮化合物 (7)有机卤化物 (8)有机硫化合物 (9)有机磷化合物 二、优先控制有毒有机化合物 美国环保局基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概率等因素，从7万余种有机化学物中筛选出65类，129种优先控制的污染物名单。,63,环境污染物,其中有毒有机化合物有114种，占总数的88.4%。包括21种杀虫剂，8种多氯联苯及有关化合物，26种卤代脂肪烃，7种卤代醚，12种单环芳烃，11种苯酚类。6种邻苯二甲酸酯，16种多环芳烃，7种亚硝胺